Cómo calcular la densidad de carga en placas paralelas
Escrito por Pearl Lewis ; última actualización: February 01, 2018
Una batería es el dispositivo que la mayoría de la gente asocia con el almacenamiento de carga eléctrica. Si bien esta asociación es correcta, es importante tener en cuenta que la electrónica moderna se basa principalmente en otro dispositivo de almacenamiento de carga: el condensador. Una forma común de este dispositivo es el condensador de placas paralelas. Las cargas eléctricas se almacenan difundiendo la carga a través de la superficie de dos placas uniformemente espaciadas. Las cargas generalmente se distribuyen uniformemente por lo que su difusión en las placas se describe como densidad de carga. Esta simplemente es una medida de qué tan finamente se distribuye la carga sobre una superficie.
Mide las dimensiones de una de las placas paralelas. No es necesario que midas ambas placas, ya que son idénticas. Para las placas circulares mide el radio (r) de una de ellas. El radio es la distancia desde el centro hasta la circunferencia de la placa. Para placas rectangulares mide el ancho (W) y longitud (L) de una de ellas.
Calcula el área de la superficie (A) de las placas paralelas. A pesar de que hay dos placas idénticas, la densidad de carga solamente depende del área superficial de alguna de ellas. El área superficial depende de la forma de las placas. Para las circulares el área superficial es: A = 3,14 x r^2. Por ejemplo, si una placa circular paralela tiene un radio de 5 cm, el área superficial de ambas placas es de 78,5 cm^2 ([3,14 x (5^2)]^2). Si las placas son rectangulares usa la fórmula A = W x L. Por ejemplo, si la placa rectangular tiene una longitud de 10 cm y ancho de 5 cm, entonces el área superficial de la placa rectangular es de 50 cm^2 ([5 x 10]^2).
Calcula la carga total (Q) en las placas paralelas usando la fórmula Q = C x V. La unidad para la carga es el coulomb, con el símbolo C. Primero mide la diferencia de potencia (V) a través de las placas usando un voltímetro y luego multiplica dicha diferencia por la capacitancia (C) de la estructura de placas paralelas para obtener la carga de las placas. Si bien esto puede determinarse empíricamente, es recomendable que uses la capacitancia del condensador como fue suministrada por el fabricante del dispositivo. La capacitancia puede estar anotada en el dispositivo y se identifica por la unidad faradio o F. Ten cuidado de no confundir el símbolo de la capacitancia con la unidad de la carga. Por ejemplo, si un condensador de placas paralelas con una capacitancia de 5 microfaradios tiene una diferencia de potencia de 20 voltios a través de las placas, entonces la carga almacenada en las mismas es de 1 x 10^-4 coulomb [(5 x 10^-6) x (20)].
Calcula la densidad de carga de las placas paralelas. La densidad de carga es igual a (carga total) / (área superficial de las placas) o Q/A. Por ejemplo, si un condensador de placas paralelas rectangulares con longitud de 10 cm, ancho de 5cm y una capacitancia de 5 microfaradios tiene una diferencia de potencia a través de las placas de 20 voltios, entonces la densidad de carga en las placas es: 2 x 10^-6 C/cm^2 = (1 x 10^-4 coulomb)/(50 cm ^2) = Q/A = (C x V) / (W x L).
